(57)【要約】【課題】リラクタンスループを遮断することをなるべく回避して、リラクタンストルクを十分に利用することにより、回転電機としてのトルクを向上することができるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造を提供する。【解決手段】複数の永久磁石１を磁性体よりなるディスク状のロータコア２に周方向に間隔をおいて設けてなるロータ３と、ロータ３にロータ３の中心軸線に沿って対向して配置され、コイル４を巻装した複数のステータコア５を周方向に配置してなるステータ７と、当該ステータ７を固定するとともに前記ロータ７を回転自在に支持するケース１０とからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、  前記コイル４を励磁して当該回転電機を運転した場合に、前記ロータ３の周方向に膨らみながら湾曲して前記ロータコア２を中心軸線方向に横切る、ステータコア５により発生する磁束をさえぎる位置に介在する永久磁石１の角部を面取りしてなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石を磁性体よりなるディスク状のロータコアに周方向に間隔をおいて設けてなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置され、コイルを巻装した複数のステータコアを周方向に配置してなるステータと、当該ステータを固定するとともに前記ロータを回転自在に支持するケースとからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、
前記コイルを励磁して当該回転電機を運転した場合に、前記ロータの周方向に膨らみながら湾曲して前記ロータコアを中心軸線方向に横切る、ステータコアにより発生する磁束をさえぎる位置に介在する永久磁石の角部を面取りしてなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
【請求項２】
前記角部を、Ｃ形状に面取りしてなる請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
【請求項３】
前記角部を、Ｒ形状に面取りしてなる請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
【請求項４】
前記角部を、逆Ｒ形状に面取りしてなる請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
【請求項５】
前記ロータコアを、電磁鋼板を積層して構成してなる請求項１〜４のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
【請求項６】
前記ロータコアを圧粉材により構成してなる請求項１〜４のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に沿ってステータとディスク状のロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にロータに永久磁石を使用した同期型の回転電機では、永久磁石をステータにより発生する回転磁界が吸引反発して発生するマグネットトルクを利用するほか、隣接する永久磁石の間に磁性体を配置して、ロータの周方向に、磁気抵抗が小さい部分と、磁気抵抗の大きい部分を交互に設けて、ロータに磁気的な突極性を持たせて、ステータを構成するコイルの自己インダクタンスおよび相互インダクタンスをロータの位置により変化させ、ロータとステータとの間の空隙に蓄えられた磁気エネルギーを機械エネルギーに変換することにより、いわゆるリラクタンストルクを発生させて、回転電機としてのトルクを向上させることが行われている。このリラクタンストルクはロータの周方向の、磁気抵抗が大きい部分と小さい部分との磁気抵抗の差（以下、磁気抵抗の差と言う）が大きいほど大きくできる。
【０００３】
アキシャルギャップ型回転電機でもこれは同様であり、例えば、特許文献１に記載され、図１に示すような、一つのロータに中心軸線方向に対向する二つのステータを設けた形態のアキシャルギャップ型回転電機に適用されるロータは、図７に示すように、複数の扇形状の永久磁石５１を、磁性体よりなるディスク状のロータコア５２に設けた永久磁石５１に適合する扇形状の穴に挿入し、接合して、周方向に間隔をおいて設け、ロータコア５２および永久磁石５１の外周部に非磁性体よりなるロータリング５３を設けて構成される。
【０００４】
図８は、図７に示したロータのＯＸ、ＯＹ、ＡＢ断面を示す断面図であるが、図８（ａ）に示すＯＸ断面においては、ロータコア５２はロータを貫通して設けられて、ステータコアにより発生する磁束つまりはリラクタンスループを通りやすくし、図８（ａ）に示すＯＹ断面においては、表裏に前述した永久磁石５１に適合する扇形状の穴が設けられ、当該穴に、表裏両面から永久磁石５１が挿入され接合されている。
なお、電磁鋼板または圧粉材よりなるロータコアに永久磁石を接合するにあたっては、ロウ付け、接着剤等の方法が用いられ、ロータコア１３が圧粉材により形成される場合には、焼結により、含有される金属粉を拡散結合させて接合することも可能である。
【特許文献１】特開平１１-１８７６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが上述した形態のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造においては、図８（ｂ）のＣ部分に示すように、図示しないステータのコイルを励磁して回転電機を運転した場合に、ロータの周方向に膨らみながら湾曲してロータコア５２を中心軸線方向に横切る、図示しないステータコアにより発生する磁束つまりはリラクタンスループＬをさえぎる位置に、永久磁石５１の角部が介在して、当該永久磁石５１の角部がリラクタンスループＬを遮断してしまうため、前述したロータの周方向の、磁気抵抗の差が小さくなり、リラクタンストルクを十分に利用できずに回転電機のトルクを向上することができないという問題点が生じる。
【０００６】
本発明では、上述した課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、リラクタンスループを遮断することをなるべく回避して、リラクタンストルクを十分に利用することにより、回転電機としてのトルクを向上することができるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造は、複数の永久磁石を磁性体よりなるディスク状のロータコアに周方向に間隔をおいて設けてなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置され、コイルを巻装した複数のステータコアを周方向に配置してなるステータと、当該ステータを固定するとともに前記ロータを回転自在に支持するケースとからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、
前記コイルを励磁して当該回転電機を運転した場合に、前記ロータの周方向に膨らみながら湾曲して前記ロータコアを中心軸線方向に横切る、ステータコアにより発生する磁束をさえぎる位置に介在する永久磁石の角部を面取りしてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
これによれば、永久磁石によりリラクタンスループを遮断してしまうことを回避することができるため、ロータコアをリラクタンスループが通過しやすくして、ロータの周方向の磁気抵抗の差を大きくして、リラクタンストルクをより有効に利用することができ、これにより回転電機としてのトルクをより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す、アキシャルギャップ型回転電機の略式断面図であり、図２は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の一実施形態を示す、アキシャルギャップ型回転電機のロータを中心軸線方向から見て示す部分矢視図である。さらに、図３は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の一実施形態を示す、部分断面図である。図３（ａ）は図２のＯＸ、ＯＹ断面を示し、図３（ｂ）は図２のＡＢ断面を示す。
【００１０】
このアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造は、図１および図２に示すように、複数の扇形状の永久磁石１を、磁性体よりなるディスク状のロータコア２の表裏両面に複数対設けた扇形状の穴に挿入接合して、周方向に間隔をおいて設けて構成したロータ３と、ロータ３にロータ３の中心軸線に沿って対向して配置され、コイル４を巻装した複数のステータコア５を周方向に配置してバックコア６に固定してなるステータ７と、当該ステータ７を前記バックコア６を介して固定するとともに、前記ロータ３を、ロータ３の一部をなす回転軸８と、軸受９を介して回転自在に支持するケース１０とからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、
前記コイル４を励磁して当該回転電機を運転した場合に、図３（ｂ）に示すように、前記ロータ３の周方向に膨らみながら湾曲して前記ロータコア２を中心軸線方向に横切る、ステータコアにより発生する磁束つまりはリラクタンスループＬをさえぎる位置に介在する永久磁石１の角部を面取りして、当該面取りした部分にはロータコア２を介在させることを特徴とする。（請求項１に相当）ここでは当該角部をＣ形状に面取りしている。（請求項２に相当）
【００１１】
ここで角部を面取りするとは、成形後の永久磁石を機械加工により面取りすることはもちろん、あらかじめ面取りされた形状となるように永久磁石を成形することをも含むものとし、Ｃ形状とは、図３（ｂ）に示すように、面取りした形状が、ロータの周方向および中心軸線方向に対して直線状に傾斜させた形態をなすものを言うものとする。
また、図３（ｂ）中に示したリラクタンスループＬは例示として、右側に膨らむ形態のものを示したが、左側に膨らむ形態のリラクタンスループも発生するため、永久磁石１のステータに対向する側と反対側、つまりは背面側の周方向両側を面取りしている。
【００１２】
さらに、図３（ｂ）では、図２の周方向断面のうち、一例として半径方向のほぼ中央に位置するＡＢ断面を示しているが、リラクタンスループＬはロータコア２の最内周側から最外周側にわたって横切るため、当該最内周側から最外周側にいたるいずれの周方向断面においても、永久磁石１の背面側の周方向両側に位置する角部を、同様に面取りする必要があることは言うまでもない。これは以下に示す、図４（ｂ）および図５（ｂ）においても同様である。
【００１３】
請求項１に相当する構成によれば、永久磁石１によりリラクタンスループＬを遮断してしまうことを回避することができるため、ロータコア２をリラクタンスループＬが通過しやすくして、ロータ３の周方向の、磁気抵抗の差を大きくして、リラクタンストルクをより有効に利用することができ、これにより回転電機としてのトルクをより高めることができる。
請求項２に相当する構成によれば、永久磁石１の角部を、一般的なＣ形状つまりは、図３（ｂ）に示すような直線状に面取りすることにより、上述したような作用効果を容易に得ることができる。
【００１４】
なお、図１に示す形態のアキシャルギャップ型回転電機では、ロータ３を構成する複数の扇形状の永久磁石１およびディスク状のロータコア２の外周側には、アウターロータリング１１が設けられて、当該アウターロータリング１１は永久磁石１に作用する遠心力を支持して、ロータ３の剛性を高めて高回転化を可能としている。さらに、ディスク状のロータコア２の内周側には、インナーロータリング１２が設けられて、ディスク状のロータコア２を回転軸８に連結している。また、ステータ７はロータ３を挟んで対向するように一対設けられ、ケース１０には冷却路１３が設けられ、当該冷却路１３に冷却液を循環することにより、ステータコア５およびコイル４の損失による発熱を吸収し冷却する。さらに回転軸８の端部にはロータ３の回転量や位置を検出するための、エンコーダ１４が設けられる。
【００１５】
図４は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の他の実施形態を示す、部分断面図である。図４（ａ）は図２のＯＸ、ＯＹ断面を示し、図４（ｂ）は図２のＡＢ断面を示す。
回転電機およびロータ構造の基本的な構造は図１〜３に示したものと同様であるので相違点のみを説明する。
図３においては、永久磁石１の背面側を、直線状つまりはＣ形状に面取りしていたが、図４では、Ｒ形状に面取りしている。（請求項３に相当）
ここで、Ｒ形状とは、面取りした形状が、図４（ｂ）に示すように、永久磁石１の内部に中心を持つ円弧状をなすものを言う。
【００１６】
これによっても、図３に示したロータ構造と同様に、リラクタンスループＬを永久磁石が遮断することを、永久磁石１を一般的なＲ形状に面取りすることにより、永久磁石１によりリラクタンスループＬを遮断してしまうことを回避することができるため、ロータコア２をリラクタンスループＬが通過しやすくして、ロータ３の周方向の、磁気抵抗の差を大きくして、リラクタンストルクをより有効に利用することができ、これにより回転電機としてのトルクをより高めることができる。
【００１７】
図５は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の他の実施形態を示す、部分断面図である。図５（ａ）は図２のＯＸ、ＯＹ断面を示し、図５（ｂ）は図２のＡＢ断面を示す。
回転電機およびロータ構造の基本的な構造は図１〜３に示したものと同様であるので相違点のみを説明する。
回転電機およびロータ構造の基本的な構造は図１〜３に示したものと同様であるので相違点のみを説明する。
図３においては、永久磁石１の背面側を、直線状つまりはＣ形状に面取りしていたが、図５では、逆Ｒ形状に面取りしている。（請求項４に相当）
ここで、逆Ｒ形状とは、面取りした形状が、図５（ｂ）に示すように、永久磁石１の外部に中心を持つ円弧状をなすものを言う。
【００１８】
これによっても、図３に示したロータ構造と同様に、リラクタンスループＬを永久磁石が遮断することを、永久磁石１を一般的な逆Ｒ形状に面取りすることにより、永久磁石１によりリラクタンスループＬを遮断してしまうことを回避することができるため、ロータコア２をリラクタンスループＬが通過しやすくして、ロータ３の周方向の、磁気抵抗の差を大きくして、リラクタンストルクをより有効に利用することができ、これにより回転電機としてのトルクをより高めることができる。
【００１９】
図６は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造のさらに他の実施形態を示す、周方向断面図である。ここでいう周方向断面は、永久磁石を含んでいればよく、永久磁石の最内周側から最外周側に至るいずれの周方向断面でも良い。
このロータ構造は、一つのロータ２１に一つのステータ２２を対向させて構成されるアキシャルギャップ型回転電機に適用される構造であり、リラクタンスループＬは、図６中に示すように、ロータの中心軸線方向に対して傾斜して、ロータ２１を構成するロータコア２３の一方の面から入って、周方向に等間隔に配置された隣接する永久磁石２４のほぼ中間においてその方向を反転させて湾曲して、前記ロータコア２３の一方の面から出て、ステータ２２に戻る。
【００２０】
このため、図１〜５に示したような、一つのロータに対して二つのステータを対向させた形態のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造とは違い、リラクタンスループＬをさえぎる位置に介在する永久磁石２４の角部は、背面側ではなく、ステータ２２に対向する側、つまりはギャップ側の周方向両側の角部となる。
ここでは、永久磁石２４のギャップ側の角部は、Ｃ形状に面取りされ、（請求項２に相当）面取りされた部分を覆うように、ロータコア２３がその体積を増すように設けられる。
【００２１】
これによっても、リラクタンスループＬを永久磁石が遮断することを、永久磁石２４を一般的なＣ形状に面取りすることにより、永久磁石２４によりリラクタンスループＬを遮断してしまうことを回避することができるため、ロータコア２３をリラクタンスループＬが通過しやすくして、ロータ２１の周方向の、磁気抵抗の差を大きくして、リラクタンストルクをより有効に利用することができ、これにより回転電機としてのトルクをより高めることができる。
【００２２】
ここで、図１〜図６に示したロータ構造において、ロータコアを、電磁鋼板を積層して構成する。（請求項５に相当）この場合あらかじめ面取りした永久磁石を挿入可能とするように、プレス加工等で打ち抜き加工した電磁鋼板を巻回して半径方向に積み上げて、ロータコアを形成する。
これにより、一般的な電磁鋼板により上述したようなアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造を実現することができる。
【００２３】
あるいは、図１〜図６に示したロータ構造において、ロータコアを、圧粉材により構成する。（請求項６に相当）
なお、圧粉材とは、鉄粉などの磁性粉末と、樹脂などの絶縁物を混ぜて固めたものである。
これによれば、電磁鋼板でロータコアを形成することに比べて、圧粉材特有の形状自由度の高さに起因して、ロータコアの形成をより容易にし、ひいては、永久磁石を面取りするに当たっての形状自由度を高めることができる。
【００２４】
図１に示すアキシャルギャップ型回転電機において、コイル４を図示しないインバータにより励磁すると、ステータ７の周方向に回転磁界が形成され、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石１が埋設されたロータ３は回転磁界に吸引反発されて回転磁界と同期速度で回転する。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機のロータ構造に用いて好適なものであり、リラクタンストルクをより有効に利用して、回転電機としてのトルクを向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す、略式断面図である。
【図２】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の一実施形態を示す略式矢視図である。
【図３】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の一実施形態を示す略式断面図である。
【図４】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の他の実施形態を示す略式断面図である。
【図５】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の他の実施形態を示す略式断面図である。
【図６】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造の他の実施形態を示す略式断面図である。
【図７】従来のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造を示す略式矢視図である。
【図８】従来のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造を示す略式断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  永久磁石
２  ロータコア
３  ロータ
４  コイル
５  ステータコア
６  ステータバックコア
７  ステータ
８  回転軸
９  軸受
１０  ケース
１１  アウターロータリング
１２  インナーロータリング
１３  冷却路
１４  エンコーダ
２１  ロータ
２２  ステータ
２３  ロータコア
２４  永久磁石
５１  永久磁石
５２  ロータコア
５３  ロータリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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